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Trazione elettrica con alimentazione in serie

H. Foote, C. Von Buch. Nuovo sistema di ferrovia elettrica

 

Attestato di privativa industriale (30 novembre 1889 - vol. 52, n. 82), per anni quindici, a datare dal 31 dicembre 1889, rilasciato ai signori Foote Henry e Von Buch Carl, a Londra, per un trovato che ha per titolo "Nuovo sistema per ferrovia elettrica".

Nonostante il titolo, questo attestato non tratta affatto di un nuovo sistema di ferrovia elettrica, ma descrive, in stile confuso e approssimativo, una teleferica con rotabili automotori, seguendo quanto studiato per l'impianto di Weston dal Fleeming Jenkin, con la differenza che mentre quest'ultimo, prudentemente, utilizzava un'alimentazione in parallelo (il Crossover Parallel), i nostri due inventori si vogliono cimentare con un'alimentazione in serie a linea di contatto sezionata, un po' come negli esperimenti di Short e Nesmith sull'impianto di Denver. La teleferica in questione, denominata telferaggio dall'inglese telpherage, è tale che

...i cavi o conduttori tesi servono tanto per sospendervi il carico, quanto per trasportare l'energia elettrica. Delle ruote sono disposte in modo da scorrere lungo il cavo o conduttore ed i pesi pendono al di sotto sospesi agli assi delle ruote.

La fune serve quindi, simultaneamente, da sostegno e da linea di contatto per i rotabili; i "pesi" costituiscono il carico utile.

Linea di contatto sezionata

L'alimentazione del telferaggio utilizza il sistema, più volte proposto, di alimentare i rotabili in serie tra loro (ved. Trazione elettrica in serie, storia e tecnologia), suddividendo la linea di contatto in sezioni alimentate da un generatore a corrente costante C e collegate tra loro da sezionatori B normalmente chiusi, che si aprono da comando da parte del rotabile in transito (fig. 1). Ogni treno consta di un rotabile motore e di una serie di carrelli trainati; dispone in testa di un dispositivo di comando in grado di aprire i sezionatori che incontra nella marcia e di un analogo in coda per la richiusura degli stessi, in modo che tra la testa e la coda del treno si trovano sempre uno o più sezionatori aperti; l'alimentazione è presa dal rotabile motore e dall'ultimo rimorchiato. Sulla linea può circolare un numero qualsiasi di treni alimentati tra loro in serie, compatibilmente con la tensione massima fornita dal generatore.


Fig. 1

Disposizioni costruttive

Nei disegni sottostanti sono mostrati, in pianta e in prospetto, un rotabile motore 1 (dagli inventori chiamato pomposamente locomotiva), uno rimorchiato 2 e un sezionatore 3; i sezionatori sono a funzionamento bistabile, ossia si dispongono alternativamente in apertura e in chiusura al passaggio di successivi attuatori.


Fig. 2. - 1, rotabile motore; 2, rotabile rimorchiato; 3, sezionatore. 11, fune di sospensione, che funziona simultaneamente da filo di contatto; 12, pulegge di appoggio del rotabile motore; 13, motore di trazione; 14, rulli di frizione e ingranaggio di azionamento (sovrapposti); 15, leve di azionamento dei rulli di frizione, sollecitate dalle molle 16; 17, carico utile; 18, puleggia di appoggio del rotabile rimorchiato; 19, supporto della puleggia e gancio di sospensione del carico; 20, collegamento elettrico al rotabile di coda.

Il rotabile motore è mostrato, nella figura sottostante, in sezione vista da destra verso sinistra in fig. 2,a; i numeri in rosso corrispondono agli analoghi della fig. 2. I due motori 13, montati simmetricamente lasciando lo spazio necessario al passaggio sui sezionatori, azionano mediante pignoni le ruote dentate 14 coassiali ai rulli di frizione serrati contro la fune 11 dalle leve 15 (i pignoni non sono visibili nella sezione, trovandosi dietro le ruote 14).


Fig. 3

Nulla ci dice l'attestato sulla costruzione dei motori; stando alla tecnica dell'epoca, dobbiamo supporli bipolari di dimensioni e peso non trascurabili ed il loro montaggio sul rotabile appare piuttosto problematico; i serrafili datati dai tempi di Alessandro Volta, indicati in basso, dovrebbero portare i collegamenti elettrici, che si riducono ad un filo che, partendo dal rotabile motore, si collega al rotabile di coda, dove la puleggia funziona anche da captatore di corrente dalla fune di sostegno, l'altro terminale dei motori essendo collegato alla struttura del rotabile e quindi alla fune dall'altro lato dei sezionatori presenti sulla tratta.

Ecco come si esprimono i due inventori sull'apparato motore della "locomotiva".

La locomotiva (...) è costituita da due elettromotori JJ, montati verticalmente in un telaio da parti opposte del cavo e così disposti da scansare con sicurezza gli isolatori [i supporti dei sezionatori] conservando in equilibrio stabile la parte rimanente della locomotiva sul cavo A. Calettati agli alberi dei motori vi sono i rocchetti K1 K1 che ingranano colle ruote dentate K2 K2, che s'imboccano tra loro attraverso al conduttore. Queste ruote sono calettate sui perni NN, sui quali sono pure calettate le puleggie d'afferramento OO. I perni che portano le puleggie e le ruote K2 K2 girano entro cuscinetti posti nei bracci della leva a doppio braccio LL, centrati entro boccole concentriche agli alberi del motore e spinti all'indietro dalle molle a spirale SS tenute assieme dal carrello P fissato al telaio. I denti delle ruote a sprone sono profilate ad evolute, sicchè essi s'imboccheranno esattamente, comunque vari lo spessore della fune.

Invano si cercherebbero, nei disegni allegati, molti particolari citati.

I rotabili rimorchiati si riducono ad una semplice puleggia per l'appoggio sulla fune, dotata di due agganci simmetrici per il carico utile, disposti in modo da poter passare sui sezionatori; come sopra accennato la puleggia del rotabile di coda funziona anche da captatore di corrente per un lato del circuito di trazione.

Circa i sezionatori e il relativo di azionamento, il documento non fornisce alcuna notizia utile, salvo quanto si vede nella fig. 2,b e nello schizzo sotto riportato, nel quale si notano le estremità dei tratti di fune portati dagli isolatori d (probabilmente mediante semplice avvolgimento) e collegati elettricamente dal pezzo f; sarà quest'ultimo che aprirà il sezionatore, sollevandosi a mezzo del primo attuatore portato dal treno e lo richiuderà al passaggio dell'ultimo (anche se sembrerebbe che con f sollevato le pulegge dei rotabili non potrebbero passare).


Fig. 4

Ulteriori perfezionamenti

Un blocco automatico

L'inventore aggiunge al sistema un rudimentale dispositivo di blocco automatico: ogni sezionatore dispone di un contatto ausiliario che dovrebbe dar luogo, nel sezionatore precedente, all'eccitazione di un teleruttore che, cortocircuitando stabilmente lo stesso sezionatore, chiuderebbe in corto circuito il circuito di trazione di un rotabile in transito, impedendo allo stesso di continuare ad avanzare.


Fig. 5

Abbiamo usato il condizionale, per quest'ultima funzione, perchè, indipendentemente da ogni altra considerazione, il sistema non potrebbe funzionare per due motivi: 1) il teleruttore E, una volta eccitato, si cortocircuiterebbe ricadendo immediatamente, per poi rieccitare ecc. dando luogo ad un funzionamento instabile e 2) nulla vieterebbe al rotabile di proseguire per inerzia oltre il sezionatore vanificando tutto il geniale ritrovato. Ecco come gli inventori si esprimono sul funzionamento del dispositivo.

I ponti BB e i treni in passaggio D non sono gli unici strumenti dell'unione elettrica delle sezioni A1 A2 ecc.; vi sono ancora dei chiudi-circuiti E messi in azione da elettromagneti. Da ogni magnete s'avanza un conduttore F lungo la linea e oltre una o più delle sezioni A secondo si desidera. Il conduttore F è quindi portato da uno dei pezzi a ponte B e lo stesso movimento che stacca il pezzo a ponte unisce il conduttore F al circuito principale. Il conduttore F, quindi, diverge una piccola parte della corrente al suo elettromagnete E e questo attira la sua armatura. Tale movimento serve a conservare l'unione tra le sezioni AA dietro un treno, non ostante l'avanzarsi di un altro treno.

Sembra però che gli inventori si fossero resi conto dell'inconveniente sopra segnalato, se propongono una ulteriore modifica con l'aggiunta di un secondo teleruttore per ogni sezionatore; la descrizione del ritrovato è però talmente confusa e priva di immagini correlate che è vano ogni tentativo di chiarirne il funzionamento.

Limitazione di velocità

Per quanto possa apparire poco probabile che un treno come quello descritto possa eccedere nella velocità di marcia, i due inventori propongono un sistema di controllo basato su un regolatore a forza centrifuga (forse si ricordavano del regolatore di Watt) mosso da una delle ruote dentate che, sul rotabile motore, trasmettono il moto ai due rulli di frizione. Lo schema elettrico del dispositivo è mostrato nella figura sottostante.


Fig. 6

REG è il regolatore di cui sopra, dotato di due contatti I e II: al raggiungimento di una data velocità chiude I, ponendo in parallelo al motore il teleruttore Z che eccitando lo esclude, inserendo al suo posto la resistenza R per mantenere costante la corrente in linea; nel caso in cui la velocità del treno aumentasse ulteriormente (fune di sospensione in discesa?), chiude II che cortocircuita il motore sperando di ottenere una frenatura elettrica. Speranza che si rivelerà però subito vana perchè il motore, ovviamente ad eccitazione in serie, non potrà eccitarsi e quindi fornire un effetto frenante se non si sono previamente invertite le connessioni tra indotto e induttore (ma anche se lo fossero state, il chiudere il motore brutalmente in corto circuito avrebbe portato alla distruzione dello stesso, ancora una volta senza alcun risultato).


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rev. A 30/11/19